印刷电路板式回热器及布雷顿循环系统技术方案

本发明专利技术涉及一种印刷电路板式回热器，包括换热核心以及外接管路，外接管路至少包括冷流体进口、冷流体出口、热流体进口和热流体出口；换热核心包括换热板片，以及用于封装的顶板和底板；换热板片为单面刻蚀有多个流动通道，流动通道包括多个弯折单元，并且弯折单元为梯形。采用上述的设计方式能够减小换热板片的尺寸，从而有效地减小印刷电路板式回热器的体积。并且，流动通道弯折成多个梯形使得印刷电路板式回热器的内部流动混乱程度增加，从而具有更大的换热系数，并增大了换热板片的换热面积，从而提高印刷电路板式回热器的回热效率。

【技术实现步骤摘要】
印刷电路板式回热器及布雷顿循环系统
本专利技术涉及换热设备领域，具体而言涉及一种印刷电路板式回热器以及布雷顿循环系统。
技术介绍
21世纪以来，能源危机越来越成为全世界共同关注的问题。开发利用清洁能源和发展可再生能源技术已成为缓解世界能源问题的必要举措。在太阳能、地热能、核能等能源的利用过程中，采用具有优异的热量传输和能量转换特性的工作介质是提高发电效率的关键手段之一。超临界二氧化碳(S-CO2)是近年来动力循环系统领域研究的热点，作为一种能量传输和动力转换的工质，超临界二氧化碳具有以下优势：1)临界温度和压力参数低，容易达到超临界状态，便于工程应用；2)密度较常规气体大两个数量级，做功能力强；3)临界点附近密度大、压缩性好，减少外部耗功，系统循环效率高；4)系统设备结构紧凑、体积小，减少设备投资；5)无毒、不可燃、性质稳定、廉价易得。由于超临界二氧化碳在不同温度范围内的热物理性质差异较大，为提高系统效率，通常需要配合回热设备。传统的管壳式回热器存在比表面积小、换热效率不高、设备体积庞大以及承受高压性能差等问题。为满足超临界二氧化碳系统回热量大、结构紧凑以及温度压力较高等要求，需要开发新型的高效紧凑式回热器。印刷电路板换热器通过刻蚀技术，在金属板上刻出微小的流动通道，其通道当量直径一般在几十微米至几个毫米范围内。在相同体积下，印刷电路板换热器极大地提高了换热面积，因此具有优异的换热性能。另外，板片之间通过扩散焊接形式结合，焊缝强度高，可以满足超临界二氧化碳系统高温高压的要求。目前已有的印刷电路板换热器，流动通道多以直线型为主，换热器内流动状态相对简单，换热效果有待进一步提升。而一部分新型的Z字形和S形流动通道结构，虽然改变了流过流动通道的循环工质的流动状态，通过产生旋流和二次流来强化换热，但由于单位流量的换热面积不高，因此回热器的出口参数不够理想，整体回热效果不佳。另一方面，考虑到超临界二氧化碳在较大温度范围内和不同压力条件下特殊的热物理性质变化，还需要在回热器的整体设计上作出针对性设计和优化，这是目前已有的回热器未能实现的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种印刷电路板式回热器以及使用了该回热器的雷顿循环系统，从而解决现有技术中存在的上述问题。本专利技术提供一种印刷电路板式回热器，适用于超临界二氧化碳环境，包括换热核心以及外接管路，外接管路至少包括冷流体进口管、冷流体出口管、热流体进口管和热流体出口管；换热核心包括换热板片，以及用于封装的顶板和底板；在换热板片的一侧面上设置有流动通道，流动通道包括多个连续的弯折单元；弯折单元包括：第一弯折部、第二弯折部以及直流段，第一弯折部和第二弯折部朝向彼此倾斜，并通过直流段连接在一起；流动通道的弯折单元形成为梯形，第一弯折部与第二弯折部为梯形的两条腰，直流段为梯形的上底。相较于现有技术而言，本专利技术中的换热板片的设计方法有利于减小换热板片的尺寸，从而有效地减小印刷电路板式回热器的体积。并且，流动通道弯折成多个梯形使得印刷电路板式回热器具有更大的换热系数，增大了换热板片的换热面积，从而提高印刷电路板式回热器的回热效率。作为优选，冷流体进口管和热流体出口管布置于换热板片的同一侧边，冷流体出口管和热流体进口管布置在换热板片的另一侧边；其中，与冷流体进口管和冷流体管道连通的换热板片为冷板，与热流体进口管和热流体出口管连通的换热板片为热板。通过将冷流体进口管和冷流体出口管以及热流体进口管和热流体出口管与不同的换热板片连通，使得换热板片分为冷板和热板。通过冷板和热板之间的热量交换，使得布雷顿循环中高温流体的能量传递给冷流体，提高布雷顿循环的系统效率。进一步地，作为优选，热板与冷板的个数比大于1，且每个冷板的两侧至少分别设置1个热板。通过设置冷板和热板的比例，从而确保在不同的工况下冷板和热板之间能够充分换热，降低由于冷板和热板内的循环工质的流速差异而导致的换热损失。进一步地，作为优选，流动通道为多条设置于换热板片表面的凹槽，凹槽的截面形状为半圆形。当换热板片组合到一起之后，换热板片上的凹槽与另一换热板片未设置凹槽的一面形成流动通道，并且流动通道的截面为半圆形。进一步地，作为优选，流动通道采用化学刻蚀的方法形成，并且流动通道沿流动方向贯穿换热板片。采用化学刻蚀的方法形成流动通道，能够通过刻蚀液在换热板片上的喷淋而刻蚀形成有多处弯折的流动通道，并且流动通道形成多个连续的梯形，从而增加流动过程中的扰动和涡旋，进而提高流动通道的换热系数，增强印刷电路板式回热器的换热效果。作为优选，凹槽的刻蚀深度为板厚的1/2-2/3。凹槽的刻蚀深度即流动通道截面的半径，将半圆的半径设置在换热板片的板厚的1/2-2/3之间，既能够确保流动通道内的工质流速和较大的换热面积，从而增强换热效果，又能够防止由于流动通道的孔径过小而导致的冷板和热板内的二氧化碳的流动速度差异增大，以及带来的压降损失增加等问题。更重要的是，选取上述的半径能够确保换热板片的结构强度，从而确保换热板片的使用寿命。进一步地，作为优选，第一弯折部与直流段之间形成的夹角A的角度为120°-150°，第二弯折部与直流段之间形成的夹角B的角度为120°-150°。由于超临界二氧化碳的流动方向和混乱程度会随着流动通道的弯折角度(即梯形的凹槽的底角)变化而变化，因此，将流动通道的弯折角度控制在30°-50°(即∠A和∠B处于120°-150°之间)的范围内，折角处的流动涡旋增加，提高换热板片的换热能力。另外，作为优选，第一弯折部与第二弯折部形成为弧形过渡。采用弧形过渡作为第一弯折部和第二弯折部有利于增加换热长度以及换热面积，从而提高印刷电路板式回热器的换热效果。进一步地，作为优选，换热板片之间通过扩散焊接的形式结合在一起。采用扩散焊接技术将换热板片接合在一起，无需其他焊接填料，并且能够确保焊缝强度可达基体强度，确保换热板片能够承受较高的温度和压力，从而使得印刷电路板式回热器能够满足超临界二氧化碳工质的温度和压力要求。本申请还提供了一种布雷顿循环系统，循环工质为超临界二氧化碳，布雷顿循环系统内设置有上述的印刷电路板式回热器。附图说明图1是本专利技术所述的适用于超临界二氧化碳的印刷电路板式回热器的立体示意图；图2是本专利技术所适用的超临界二氧化碳的物理性质图；图3是本专利技术所适用的布雷顿简单循环系统的结构流程图；图4是本专利技术的实施例中的印刷电路板式回热器换热核心中热板的示意图；图5是本专利技术的实施例中的印刷电路板式回热器换热核心中冷板的立体示意图；图6是本专利技术的实施例中弯折结构单元的示意图；图7是本专利技术的实施例中的换热层单元的结构示意图。附图标记1a-冷流体进口管，1b-冷流体出口管；1c-热流体进口管；1d-热流体出口管；2-换热核心，2a-换热板片；2a1-冷板；2a2-热板；3-弯折单元；3a-第一弯折部；3b本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种印刷电路板式回热器，包括换热核心以及外接管路，其特征在于，/n所述外接管路至少包括冷流体进口管、冷流体出口管、热流体进口管和热流体出口管；/n所述换热核心包括换热板片，以及用于封装的顶板和底板；/n在所述换热板片的一侧面上设置有流动通道使循环工质流通，所述流动通道包括多个连续的弯折单元；/n所述弯折单元包括：第一弯折部、第二弯折部以及直流段，/n所述第一弯折部和所述第二弯折部朝向彼此倾斜，并通过所述直流段连接在一起；/n所述流动通道的所述弯折单元形成为梯形，所述第一弯折部与所述第二弯折部为梯形的两条腰，所述直流段为所述梯形的上底。/n

【技术特征摘要】
1.一种印刷电路板式回热器，包括换热核心以及外接管路，其特征在于，
所述外接管路至少包括冷流体进口管、冷流体出口管、热流体进口管和热流体出口管；
所述换热核心包括换热板片，以及用于封装的顶板和底板；
在所述换热板片的一侧面上设置有流动通道使循环工质流通，所述流动通道包括多个连续的弯折单元；
所述弯折单元包括：第一弯折部、第二弯折部以及直流段，
所述第一弯折部和所述第二弯折部朝向彼此倾斜，并通过所述直流段连接在一起；
所述流动通道的所述弯折单元形成为梯形，所述第一弯折部与所述第二弯折部为梯形的两条腰，所述直流段为所述梯形的上底。


2.根据权利要求1所述的印刷电路板式回热器，其特征在于，所述冷流体进口管和热流体出口管布置于所述换热板片的同一侧边，所述冷流体出口管和所述热流体进口管布置在所述换热板片的另一侧边，所述冷流体进口管和所述冷流体出口管通过所述流动通道连通，所述热流体进口管和所述热流体出口管通过所述流动通道连通；
其中，与所述冷流体进口管和所述冷流体出口管连通的所述换热板片为冷板，与所述热流体进口管和所述热流体出口管连通的所述换热板片为热板。


3.根据权利要求2所述的印刷电路板式回热器，其特征在于，所述热板与所述冷板的个数比大于1，且每个所述冷板的两侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖刚，纪宇轩，倪明江，岑可法，骆仲泱，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33